氧化物电极材料的制备及其对BST薄膜介电性能影响的研究

摘要

氧化物导电薄膜锰酸锶镧(La1-xSrxMnO3，LSM)、钴酸锶镧(La1-xSrxCoO3，LSC)作为铁电薄膜钛酸锶钡(BST)电容器、传感器等的电极材料或缓冲层成为研究热点，广泛应用于微电子学和光电子学。本文采用溶胶—凝胶法在Si(100)基底上制备LSM、LSC导电薄膜，研究了溶胶的性能、组成(La/Sr比)、热处理工艺对导电薄膜性能的影响，并将LSM、LSC薄膜作为BST薄膜的电极材料或缓冲层，研究LSM、LSC薄膜对BST薄膜结构及介电性能的影响。 采用溶胶—凝胶法制备了LSM，研究组成对LSM薄膜性能的影响，结果发现随着Sr含量的增大， LSM的电阻率呈现先减小后增大的趋势，当Sr掺量在0.5时LSM的电阻率达到最小为4.2×10-2Ω·cm。进一步研究La0.5Sr0.5MnO3溶胶中H2O、乙醇/乙酸比对La0.5Sr0.5MnO3薄膜的电阻率影响，结果表明H2O的用量与薄膜电阻率成正比，乙醇/乙酸比与薄膜电阻率成反比，在保证能得到澄清透明溶胶的前提下，当H2O的用量为0ml，乙醇/乙酸比为4：1时，La0.5Sr0.5MnO3薄膜的电阻率最小为3.8×10-2Ω·cm。采用正交实验法研究了预处理温度及退火温度对La0.5Sr0.5MnO3薄膜电阻率的影响规律，结果表明在预处理温度为300℃，退火温度为800℃，时间为600s时得到的La0.5Sr0.5MnO3薄膜电阻率最小，为1.2×10-2Ω·cm。 采用溶胶—凝胶法制备了LSC，研究组成及热处理工艺对LSC薄膜性能的影响规律，结果表明在La/Sr比为1时， LSC的电阻率达到最小，为1.32×10-2Ω·cm。La0.5Sr0.5CoO3的最佳退火温度为750℃，此时得到的La0.5Sr0.5CoO3薄膜的电阻率为1.1×10-3Ω·cm。La0.5Sr0.5CoO3薄膜结晶良好，具有明显的钙钛矿结构，晶粒大小均匀无裂纹空洞等缺陷。 沉积在La0.5Sr0.5MnO3、La0.5Sr0.5CoO3电极上的Ba1-xSrxTiO3薄膜，在x=0．5时，即Ba0.5Sr0.5TiO3具有最大的介电常数，最低的介质损耗。为钙钛矿结构，结晶良好，无空洞裂纹等缺陷。且比沉积在Pt上的Ba0.5Sr0.5TiO3薄膜具有更高的介电常数、更低的介电损耗。其中沉积在La0.5Sr0.5CoO3电极上的BST薄膜具有最大的介电常数和最小的介电损耗。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1电极材料的的结构特点及性能

1.2 BST薄膜的结构特点和应用

1.2.1 BST薄膜的结构特点

1.2.2(Ba1-xSrx)TiO3薄膜的应用

1.3薄膜制备技术

1.3.1溶胶-凝胶技术

1.3.2磁控溅射技术

1.3.3脉冲激光沉积技术(PLD)

1.3.4金属有机化学气相沉积(MOVCD)

1.3.5水热电化学技术

1.3.6分子束外延法

1.4研究趋势

1.5实验目的及内容

第二章制备工艺及主要仪器

2.1主要原料

2.2试验所用仪器

2.3薄膜的制备工艺

2.3.1 Si基片的处理

2.3.2溶胶-凝胶成膜工艺过程

2.4分析方法

2.5性能测试

第三章氧化物电极材料的制备及表征

3.1锰酸锶镧电极材料的制备及性能研究

3.1.1 LSM薄膜的制备与性能表征

3.1.2 La0.5Sr0.5MnO3制备及其性能的研究

3.1.3热处理工艺对LSM薄膜电阻率的影响

3.2钴酸锶镧电极材料的制备及性能研究

3.2.1 La1-xSrxCoO3(LSCO)薄膜的制备与性能表征

3.2.2退火温度对La0.5Sr0.5CoO3薄膜的结构及其性能的影响

3.3本章结论

第四章氧化物电极对BST介电性能的影响

4.1 PT电极上BST薄膜的制备与性能表征

4.1.1 Pt电极上BST薄膜制备

4.1.2 BST薄膜的结构分析

4.2 L.SM对BST薄膜结构与性能的影响

4.2.1 XRD分析

4.2.2 BST薄膜的SEM分析

4.2.3 BST薄膜的介电性能

4.3 L.SCO对BST薄膜结构与性能的影响

4.3.1 BST薄膜的XRD分析

4.3.2 BST薄膜的SEM分析

4.3.3 La0.5S0.5CoO3/Ba0.5Sr0.5TiO3的电性能分析

4.4不同电极上BST薄膜的介电性能

4.5本章结论

第五章结论

参考文献

致 谢

附 录 硕士期间发表的论文